高性能量子点光电传感器无需外部电源

大邱庆北科学技术学院能源科学与工程系的 Ji-woong Yang 教授成功开发出世界上性能最高的环保量子点光电传感器，无需任何外部电源。

经确认，该环保型量子点光子传感器是与蔚山国立科学技术院(UNIST)新材料工程系崔文基教授研究小组和金大亨教授研究小组共同研究开发的环保型量子点光子传感器。首尔国立大学化学与生物分子工程系(校长 Hong-lim Ryu)利用光伏效应，无需任何外部电源即可稳定测量光信号。

联合研究团队还基于该光电传感器生产了一种可贴在皮肤上的超薄脉搏传感器，并推出了可穿戴式脉搏传感器，尽管存在不同的形变，仍能稳定地获取脉搏信号。该工作发表在《ACS Nano》杂志上。

近年来，人口老龄化和COVID-19大流行导致对可以长时间附着在身体上以获取生物识别信号的医疗保健监测设备的需求不断增长。然而，传统的硅基光电传感器在实际应用中并不常用，因为它们笨重且坚硬，导致长时间佩戴不舒服。它们也无法准确地获取生物识别信号，因为它们无法与皮肤紧密接触。

今年的诺贝尔化学奖授予了三位发现并开发出量子点的科学家，量子点也被称为纳米科学的种子。量子点是超细半导体颗粒，尺寸只有几纳米(nm，十亿分之一米)，其比传统半导体材料更好的光学和电学特性使其能够快速分离电子和电子空穴。

由于量子点作为光电传感器具有响应时间快的优点，基于量子点的光电传感器研究已被广泛开展。然而，大多数现有的量子点光电传感器的厚度都超过几微米，并且大多数研究都使用量子点，例如含有有毒重金属的硫化铅(PbS) 。因此，这些点实际上不能用于可穿戴光电传感器。

研究团队现已成功开发出一种基于铜铟硒(Cu-In-Se)环保量子点的超高性能量子点光电传感器，该传感器不含重金属。人们普遍认为基于环保量子点的光电传感器性能较差。尽管如此，研究团队通过控制量子点的尺寸和成分，提高了环保量子点的电学性能，开发了适合量子点的新型有机-无机杂化电荷转移层，创造了一种环保量子点。超越现有有毒量子点光电传感器性能的点光电传感器。

研究团队创建的环保型量子点光电传感器即使在量子点吸收层约为 40 纳米 (nm) 的情况下也显示出较高的器件性能。此外，它无需外部电源即可表现出出色的光检测性能。这两个特性对于可穿戴光电传感器的应用和使用来说可能是一个巨大的优势。

研究团队还将聚合物柔性基板上生产的光电传感器与光源相结合，开发了一种可穿戴脉冲传感器。该传感器即使在0.5毫米(mm)的曲率半径下也能灵活稳定地工作，贴在人体上后即使在步行、跑步等各种运动情况下也能稳定测量脉搏。

Ji-woong Yang教授表示：“通过控制环保量子点的结构并开发针对量子点优化的电荷转移层，我们能够制造出高性能的环保量子点光电传感器。”

UNIST 教授 Moon-kee Choi 表示：“我们能够基于环保量子点光电传感器创建一种具有高灵活性的超薄脉冲传感器，无需外部电源。它可用于各种下一代光电传感器应用，例如激光雷达和红外摄像机，以及可穿戴医疗保健监控系统。”